再布線圓片級封裝可靠性研究.pdf

1、集成電路封裝是半導體產(chǎn)業(yè)后端的重要環(huán)節(jié)。近幾十年來，半導體產(chǎn)業(yè)依靠前端工藝技術(shù)的飛速發(fā)展取得了輝煌的成果，但集成電路封裝已經(jīng)成為了制約電子產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)鍵性因素。圓片級封裝(Wafer Level Package)技術(shù)能夠以整塊硅圓片為加工對象，同時對圓片上的所有芯片進行封裝、老化、測試等工序，并最后切割成單個器件，使生產(chǎn)成本大幅下降，具有尺寸小、散熱性能好、封測成本低等優(yōu)點。WLP中的再布線結(jié)構(gòu)可以通過改變焊盤布局等方式提升I/O密度;

2、在再布線層中也可以集成無源器件，使得器件的集成度進一步上升。本文對再布線結(jié)構(gòu)對WLP器件可靠性的影響進行了研究，所得結(jié)果對WLP器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和可靠性改善提供了參考。
　　按照JEDEC標準對不同節(jié)距及球徑的再布線WLP器件進行了溫度循環(huán)可靠性實驗，實驗結(jié)果表明，隨樣品節(jié)距/焊球直徑減小，器件的可靠性降低;相同節(jié)距時，焊球直徑越小可靠性越低。通過失效分析發(fā)現(xiàn)了三種典型的失效模式。單側(cè)（芯片側(cè)或PCB側(cè)）焊球斷裂為最主要的失效模式;

3、焊球直徑較大的器件，會發(fā)生RDL與UBM脫離的失效;當焊球直徑較小時，失效與再布線結(jié)構(gòu)無關(guān)，會發(fā)生斜線型斷裂。有限元模擬結(jié)果顯示應(yīng)力集中點與失效發(fā)生位置一致，且硅片內(nèi)部存在應(yīng)力集中區(qū)域，會使芯片中產(chǎn)生裂紋甚至造成斷裂。作為對比，一種不含RDL結(jié)構(gòu)的銅柱結(jié)構(gòu)WLP樣品的溫度循環(huán)可靠性明顯低于對應(yīng)尺寸的再布線WLP樣品，失效分析結(jié)果表明實驗使用的銅柱結(jié)構(gòu)對可靠性影響較大。
　　對小節(jié)距WLP器件進行了振動可靠性的研究，結(jié)合初步實驗結(jié)果